千万吨综放工作面设备智能化升级与选型配套.pdf

收稿日期２０２０􀆽 ０２􀆽 １８ 作者简介赵宇明１９９２ － ꎬ男ꎬ山西大同人ꎬ助理工程师ꎬ从事煤矿机电技术管理工作ꎮ ｄｏｉ１０. ３９６９/ ｊ. ｉｓｓｎ. １００５ －２７９８. ２０２０. ０８. ０１６ 千万吨综放工作面设备智能化升级与选型配套 赵宇明 大同煤矿集团 马道头煤业有限责任公司ꎬ山西 大同 ０３７１００ 摘 要为了实现现有千万吨综放工作面的智能化升级ꎬ提高工作面生产效率ꎬ降低操作人员劳动强度ꎬ通 过对综放工作面设备进行合理选型和升级ꎬ从而实现综放工作面的智能化开采和效率提升ꎬ现场应用后综 采工作面年生产能力达到 １ ５００ 万 ｔꎬ每班操作人员数量由 １８ 人降低至 ５ 人ꎬ技术经济效果显著ꎮ 关键词千万吨综放工作面ꎻ设备配套ꎻ智能化 中图分类号ＴＤ４０７ꎻＴＤ６３ 文献标识码Ｂ 文章编号１００５􀆽 ２７９８２０２００８􀆽 ００４３􀆽 ０３ 大同矿区特大型千万吨矿井主要开采煤层为 Ｃ３ －５ 号层特厚煤层ꎬ平均煤层厚度在 １４ ｍ 以上ꎬ 开采方法为一次采全厚综采放顶煤采煤法ꎬ高产高 效综放工作面的实际生产能力已经达到年产 １ ０００ 万 ｔꎬ为了进一步提高综放工作面生产效率ꎬ 降低作业人员劳动强度ꎬ从提高设备自动化和智能 化入手[１ －２]ꎬ对工作面设备选型进行了升级改造ꎮ 具体对液压支架、采煤机、刮板输送机、破碎机、胶带 输送机、设备列车等进行升级改造ꎬ最终实现工作面 智能化开采ꎮ １ 现有年产 １ ０００ 万 ｔ 综放工作面设备选型 以塔山矿 ８１１５ 综放工作面为例ꎬ该工作面倾向 长 ２３０ ｍꎬ可采走向长２ ８１４ ｍꎬ平均煤厚１５ ｍꎬ煤层 倾角 ２ ４ꎬ工作面储量约为 １ ４００ 万 ｔꎬ日产量为 ３ 万 ｔꎬ该工作面为当下大同矿区具有代表性的千万 吨综放工作面ꎬ其设备选型具体见表 １、表 ２ꎮ 表 １ ８１１５ 工作面机电设备选型配套 序号名称型号功率/ ｋＷ能力电压/ ｋＶ单位数量 １采煤机Ｅｉｃｋｈｏｆｆ ＳＬ －５００１ ７１５２ ７００ ｔ/ ｈ３.３台１ ２前刮板机ＰＦ６/１１４２２ １ ０５０２ ５００ ｔ/ ｈ３.３部１ ３后刮板机ＰＦ６/１３４２２ １ ０５０３ ０００ ｔ/ ｈ３.３部１ ４转载机ＰＦ６/１５４２６００３ ５００ ｔ/ ｈ３.３部１ ５破碎机ＳＫ１１１８４００４ ２５０ ｔ/ ｈ３.３台１ ６胶带机ＤＳＪ１４０/３５０/３ ５００３ ５００３ ５００ ｔ/ ｈ１.１４部１ ７乳化液泵ＢＲＷ６３０/３７.５Ａ４５０４００ Ｌ/ ｍｉｎ３.３台３ ８喷雾泵ＢＰＷ５１６/１６１３２３１５ Ｌ/ ｍｉｎ３.３台４ 表 ２ 液压支架技术参数 名称型号初撑力/ ｋＮ工作阻力/ ｋＮ高度/ ｍｍ宽度/ ｍｍ数量/ 架 端头支架ＺＴＺ２００００/２５/５０１５ ４６７２０ ０００２ ５００ ５ ０００３ ３２０１ 中部支架ＺＦ１５０００/２７.５/４２１２ ７７８１５ ０００２ ７５０ ４ ２００１ ６６０ １ ８６０１２６ 过渡支架ＺＦＧ１３０００/２７.５/４２１０ ０９６１３ ０００２ ７５０ ４ ２００１ ６６０ １ ８６０７ ２ 年产 １ ５００ 万 ｔ 综放工作面设备升级改造 工作面产量的提高ꎬ相配套的设备必须进行相 应的调整ꎬ本文以１ ５００ 万 ｔ 产量为依据对工作面设 备进行升级改造ꎮ 提高设备效率和智能化水平是本 次设备选型升级改进的重点ꎬ下面从液压支架、采煤 机、刮板输送机、破碎机、胶带输送机等智能化核心 部件入手ꎮ ２. １ 液压支架 考虑到工作面生产能力整体提升后ꎬ机电设备 功率增加ꎬ势必会导致设备尺寸的增加与采场空间 的增大ꎬ因此要提高液压支架支护强度与工作阻力ꎬ 同时为了实现支架的智能化控制ꎬ采用了 ＳＡＣ 型电 液集中控制系统ꎬ可实现支架的编程控制和实现支 架与采煤机的联动ꎻ还要集成煤岩识别传感器ꎬ以实 现智能放煤ꎮ ３４ 实实用用技技术术 总第 ２５２ 期 １ 中部液压支架ꎮ 由 ＺＦ１５０００/２７. ５/４２ 型 调整为 ＺＦ１７０００/２７. ５/４２Ｄ 型ꎬ其参数如下 支架结构高度 ２ ７５０ ４ ２００ ｍｍꎻ支架宽度 １ ６６０ １ ８６０ ｍｍꎻ支架中心距 １ ７５０ ｍｍꎻ初撑力 １２ ７７８ ｋＮＰ ＝３１. ４ ＭＰａꎻ支架工作阻力１７ ０００ ｋＮ Ｐ ＝ ４１. ８ ＭＰａꎻ支护强度 １. ４５ ＭＰａꎻ移架步距 １ ０００ ｍｍꎻ泵站压力 ３１. ４ ＭＰａꎻ操纵方式为电液控 制ꎻ重量约 ５０ ｔ/ 架ꎮ ２ 过渡液压支架ꎮ 由 ＺＦＧ１３０００/２７. ５/４２ 型 调整为 ＺＦＧ１４０００/２９/４２Ｄ 型ꎬ其参数如下 高度 ２ ９００ ４ ２００ ｍｍꎻ中心距 １ ７５０ ｍｍꎻ宽度 １ ６６０ １ ８６０ ｍｍꎻ 初 撑 力 １０ ０９６ ｋＮ Ｐ ＝ ３１. ４ ＭＰａꎻ工作阻力 １４ ０００ ｋＮＰ ＝４３. ５ ＭＰａꎻ支 护强度 １. ２ ＭＰａꎻ底座前端比压 ０ ６. ４７ꎻ移架步距 １ ０００ ｍｍꎻ泵站压力 ３１. ４ ＭＰａꎻ操作方式为电液控 制ꎻ重量约 ４７. ５ ｔ/ 架ꎮ ３ 端头液压支架ꎮ 由 ＺＴＺ２００００/２５/５０ 型调 整为 ＺＴＺ３００００/２５/５０ＤＡ 型ꎬ其参数如下 高度２ ５００ ５ ０００ ｍｍꎻ单架宽度９２０ ｍｍꎻ整架 宽度 ３ ３２０ ｍｍꎻ初撑力 １５ ４６７ ｋＮＰ ＝３１. ４ ＭＰａꎻ 工作阻力 ３０ ０００ ｋＮＰ ＝ ４１. ３ ＭＰａꎻ支护强度 ０. ５２ ＭＰａꎻ底 板 平 均 比 压 １. ３６ ＭＰａꎻ 泵 站 压 力 ３１. ４ ＭＰａꎻ操作方式为电液控制ꎻ重量约 １００ ｔ/ 架ꎮ ２. ２ 采煤机 采煤机使用艾克夫公司生产的 ＳＬ５００ 交流电牵 引采煤机ꎬ在原有机型的基础上增加智能化配置ꎬ具 体为增加了煤机定位系统功能ꎬ其定位数据传输与 支架接收匹配ꎬ从而实现煤机与支架联动ꎻ配备视频 摄系统ꎬ便于操作人员远程监视和操作ꎻ具有智能截 割功能ꎬ可根据工艺变化进行修正和人工干预ꎻ具有 数据传输功能ꎬ采集的视频图像可在巷道集中控制 和地面调度室屏幕显示和远程控制采煤机功能ꎮ ２. ３ 刮板输送机 前部输送机继续使用卡特彼勒 ＰＦ６/１１４２ 前部 输送机ꎬ但将原来的 ＣＳＴ 启动方式改为变频驱软启 动ꎮ 后部输送机由 ＰＦ６/１３４２ 改为 ＰＦ６/１５４２ꎬ功率 由 ２ １ ０５０ ｋＷ 加大至 ２ １ ６００ ｋＷꎬ采用变频驱 动ꎬ中部槽宽度由 １ ２００ ｍｍ 增加至 １ ４００ ｍｍꎬ传动 部分采用减速器 ＋ 限距器 ＋ 变频电机ꎬ输送能力由 ３ ５００ ｔ/ ｈ 提升至 ５ ０００ ｔ/ ｈꎮ ２. ４ 转载机与破碎机 转载机由 ＰＦ６/１５４２ 调整为 ＰＦ６/１７４２ꎬ功率由 ６００ ｋＷ 调整为 ８００ ｋＷꎬ宽度增加 ２００ ｍｍꎬ槽宽增 至 １ ６００ ｍｍꎬ运输能力提升至 ５ ５００ ｔ/ ｈꎻ破碎机由 ＳＫ１１８４ 调整为 ＳＫ１４２２ꎬ功率 ７００ ｋＷꎮ ２. ５ 胶带输送机 胶带输送机选用 ＤＳＪ１６０/５００/５ ８５５ 胶带机ꎬ 电机功率 ５ ８５５ ｋＷꎬ电压 １０ ｋＶꎬ带宽由 １ ４００ ｍｍ 加至 １ ６００ ｍｍꎬ采用变频启动ꎬ动力部采用减速器 ＋ 电机ꎬ输送能力提升至 ５ ０００ ｔ/ ｈ ꎮ ２. ６ 其他设备及智能化技术 乳化液供液方式由工作面自动配比供液改为远 距离集中供液ꎻ增加了 ＡＢＢ 刮板机智能控制箱 ＋ 防 爆煤量检测装置ꎬ可实现控制刮板机启停的基本功 能ꎬ通过煤量检测装置的激光扫描的方式ꎬ对刮板机 的煤流量进行实时监控ꎬ并将扫描的结果发送到控 制箱ꎬ作为实时调节刮板机速度的依据ꎬ除此之外ꎬ 工作面采用的智能化技术还有融合高光谱与冲击 振动的煤矸识别技术ꎻ探地雷达顶煤厚度在线探测 和激光三维扫描放煤量实时监测技术ꎻ综放支架位 姿及放煤机构精准控制技术ꎻ采放协调和群组放煤 智能控制技术等ꎬ工作面设备配套见表 ３ꎮ 表 ３ ８２２２ 工作面机电设备选型配套 序号名称型号功率/ ｋＷ能力电压/ ｋＶ单位数量 １采煤机ＳＬ －５００１ ７１５２ ７００ ｔ/ ｈ３.３台１ ２前刮板机ＰＦ６/１１４２２ １ ０５０３ ５９１ ５ ００２ ｔ/ ｈ３.３部１ ３后刮板机ＰＦ６/１５４２２ １ ６００５ ４４４ ７ ５８２ ｔ/ ｈ３.３部１ ４转载机ＰＦ６/１７４２８００６ ２３６ ｔ/ ｈ３.３部１ ５破碎机ＳＫ１４２２７００６ ０００ ｔ/ ｈ３.３台１ ６胶带机ＤＳＪ１６０/６００/３ ８００ ＋２ ８００５ ８００６ ０００ ｔ/ ｈ１０部１ ７乳化液泵ＢＲＷ６００/３７. ５４５０６００ Ｌ/ ｍｉｎ３.３台４ ８喷雾泵ＢＰＷ５１６/１６１６０５１６ Ｌ/ ｍｉｎ３.３台３ ３ 技术创新点 １ 该成套放顶煤装备在智能化水平上目前 可代表国内最高水平ꎮ ２ 采用大工作阻力液压支架ꎬ对顶煤的支 撑、破碎能力加强ꎬ提高了坚硬煤层顶煤回收率ꎮ 此 支架在正常采高时ꎬ掩护梁水平投影小ꎬ即掩护梁较 短ꎬ背角较大ꎬ便于坚硬煤层顶煤的垮落ꎬ提高了放 煤速度ꎮ 放煤机构高效可靠ꎻ后部输送机过煤高度 达约 １ ２００ ｍｍꎬ增加了大块煤的运输能力ꎬ尾梁向 ４４ ２０２０ 年 ８ 月 赵宇明千万吨综放工作面设备智能化升级与选型配套 第 ２９ 卷第 ８ 期 上回转角度达 ２０向下回转角度达 ４０ꎬ增加了对煤 的破碎能力和放煤效果ꎮ ３ 前刮板机、采煤机使用成熟配套ꎬ确保了 千万吨矿井间通用互换ꎮ 后刮板机、转载机、破碎 机、胶 带 机 相 应 增 大 级 别ꎬ 确 保 了 单 面 年 产 １ ５００ 万 ｔ的设备可靠保障ꎮ ４ 刮板机、胶带机应用变频控制及软启动ꎬ 既确保了设备的可控调速ꎬ降低能源损耗ꎬ实现绿色 开采ꎬ又减少设备冲击ꎬ减少设备的维护量ꎮ 变频器 保护功能完善ꎬ具有过载、过电压、欠电压、缺相、过 热、漏电、接地、短路等保护功能ꎻ而且还具有断链瞬 间停机保护功能ꎬ避免断链后电机继续运行造成额 外的设备损坏ꎬ提高生产效率ꎮ ５ 采用 ＡＢＢ 刮板机智能控制箱 ＋ 防爆煤量 检测装置ꎬ控制箱能够实现控制刮板机启停的基本 功能ꎬ通过煤量检测装置的激光扫描的方式ꎬ对刮板 机的煤流量进行实时监控ꎬ并将扫描的结果发送到 控制箱ꎬ作为实时调节刮板机速度的依据ꎮ ６ 远距离集中供液与 ＢＲＷ６００ 大流量乳化 液泵站配合使用ꎬ既减少了工作面设备列车长度ꎬ又 可有效保障工作面的快速移架ꎮ ７ 工作面集成应用的智能化技术有煤矸识 别技术、探地雷达顶煤厚度在线探测技术、激光三维 扫描放煤量实时监测技术、综放支架位姿及放煤机 构精准控制技术、采放协调和群组放煤智能控制技 术ꎬ这些技术的应用实现了采煤区域装备ꎬ包括液压 支架、刮板输送机、采煤机等设备开采过程中的智能 化ꎬ设备列车等辅助设备的自动前移等环节的智能 化ꎮ ４ 应用情况及经济社会效益 综合考虑矿井地质构造、煤层赋存条件、生产衔 接、工作面参数等因素ꎬ分别在在塔山矿 Ｃ３ － ５ 号 层 ８２２２ 综放工作面和马道头矿 Ｃ３ －５ 号层８４０４ 综 放工作面进行了单面年产 １ ５００ 万 ｔ 工作面设备智 能化升级试验ꎮ 通过增加后刮板输送机、转载机、破 碎机的功率、槽宽ꎬ增加胶带机带宽、功率等手段提 高了工作面运输能力ꎬ使工作面运输系统能力增加 １ ５００ ２ ０００ ｔ/ ｈ 达到５ ０００ ｔ/ ｈꎬ特别是增加后部输 送机宽度和提高后部输送机运输能力后ꎬ缩短了顶 煤放出时间ꎬ提高了顶煤回收率ꎮ 通过采用高强度 液压支架与大流量乳化液泵站远距离集中供液系 统ꎬ加大供回液流量ꎬ提高移架速度ꎬ降低循环时间ꎬ 达到了提高产能目的ꎮ 通过集成智能化技术的应用 实现了采煤区域装备ꎬ包括液压支架、刮板输送机、 采煤机等设备开采过程中的智能化运行ꎮ 工业试验 结果表明采用智能化升级的综放装备后ꎬ塔山矿 Ｃ３ －５ 号层 ８２２２ 综放工作面和马道头矿 Ｃ３ － ５ 号 层 ８４０４ 综放工作面日产量均能达到 ４６ ０００ ｔ 以上ꎬ 顺利实现了年产１ ５００ 万 ｔ 的目标ꎬ该技术有效提高 了综放工作面单产与资源回收率ꎬ极大地降低了吨 煤成本ꎬ为煤矿的智能开采探索了道路ꎮ 参考文献 [１] 徐东飞. 综放工作面智能化开采关键技术研究[Ｊ]. 煤ꎬ２０１９ꎬ２８４７６ －７７. [２] 符大利ꎬ袁建平. 国产综采装备无人化开采技术在黄 陵矿业的创新应用[Ｊ]. 河南科技ꎬ２０１４１８１９ －２０. [责任编辑路 方] 􀥆􀥆􀥆􀥆􀥆􀥆􀥆􀥆􀥆􀥆􀥆􀥆􀥆􀥆􀥆􀥆􀥆􀥆􀥆􀥆􀥆􀥆􀥆􀥆􀥆􀥆􀥆􀥆􀥆􀥆􀥆􀥆􀥆􀥆􀥆􀥆􀥆􀥆􀥆􀥆􀥆􀥆􀥆􀥆􀥆􀥆 上接第 ２７ 页 ３. ６ 中央区瓦斯泵站提浓提效效果及发电情况分 析 中央区瓦斯泵站从井下开展提浓提效工作以 来ꎬ瓦斯浓度从 ５％ 提升至最高 ８. ９％ꎬ浓度提升了 ３. ９％ꎬ提升效果明显ꎬ浓度稳定约在 ８. ５％ 见图 １０ꎬ中央区瓦斯发电日均发电 ５ 万度ꎮ 图 １０ 中央区瓦斯泵站浓度变化曲线 ４ 结 语 通过对抽采瓦斯浓度低的钻孔采取提浓措施ꎬ 均能明显提高瓦斯抽采浓度ꎬ保障了矿井的安全生 产ꎮ 参考文献 [１] 高 云ꎬ冯 浩. 抽采钻孔及管路“阀门三级管控”在 瓦斯抽采效果提升中的应用[Ｊ]. 煤ꎬ２０１７１０３３ － ３８. [责任编辑路 方] ５４ ２０２０ 年 ８ 月 赵宇明千万吨综放工作面设备智能化升级与选型配套 第 ２９ 卷第 ８ 期